La sofisticada armamento de las bacterias para figurar entre los seres vivos más rápidos del mundo | Ciencia

Las bacterias, los organismos más abundantes del planeta y responsables de todo, desde la generación de placa dental hasta el mantenimiento de la fertilidad de la tierra, tienen un aspecto simple y un tamaño insignificante a escala humana (entre 0,5 y 5 micrómetros de longitud). Sin embargo, estos microorganismos, capaces de desarrollar resistencia a los antibióticos y suponer una amenaza para millones de personas, son, según la microbióloga Marta Pulido-Sánchez, de la Universidad Pablo de Olvide (UPO) y del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), “Una auténtica máquina molecular”. Comprenderlo abre la puerta a desarrollos tecnológicos y tratamientos para favorecerlo, cuando es beneficioso, o limitarlo, cuando no lo es. Un equipo de la UPO y el CABD ha desvelado uno de los mecanismos fundamentales de las bacterias para colonizar espacios: los flagelos, una estructura que las convierte en uno de los seres vivos más rápidos del mundo, ya que pueden viajar en el espacio igual a 100 en tan solo un segundo. veces su longitud. Como si una persona de 1,70 metros se desplazara a unos 600 kilómetros por hora.

Hay aproximadamente 10 veces más células bacterianas en el cuerpo humano que células humanas. En muchos casos son inofensivos o incluso beneficiosos, como los que forman parte del microbioma del aparato digestivo. Sin embargo, los patógenos representan una amenaza creciente. Su capacidad de supervivencia depende en gran medida de su capacidad de movimiento, una función que utilizan para colonizar espacios o escapar de las amenazas. En este sentido, explica Pulido-Sánchez: “Estudiar cómo se comportan y funcionan las bacterias es fundamental para entender los muchos procesos fundamentales en los que participan”.

El Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, centro mixto de la UPO, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Junta de Andalucía, lleva más de una década estudiando cómo las bacterias forman comunidades que generan, por ejemplo, placa dental o una severa infección. Una de las claves es su movilidad, función vital para colonizar, defender o atacar. Y el arma clave de todo esto es el flagelo, un complejo molecular alargado formado por hasta 30 proteínas diferentes, según la especie, capaces de propulsar a la bacteria a velocidades únicas y dirigirla hacia nuevos espacios.

Este reino de velocidad proporcional al cuerpo está dominado por organismos microscópicos. El récord, según la Universidad de Ratisbona (Alemania), es de arqueas, un organismo unicelular capaz de recorrer una distancia equivalente a 500 veces su tamaño en un segundo.

El flagelo bacteriano se asemeja a hélices. El motor biológico está anclado a la pared celular y convierte una corriente eléctrica (protones) en movimiento rotatorio. Un sistema, como un interruptor, permite cambiar la dirección de rotación actuando sobre un eje que conecta la fuente de energía con el filamento, el apéndice proteico que sobresale de la célula y funciona como las palas de la hélice. Entender esta singular estructura es fundamental, ya que eliminar o alterar cualquiera de las partes que componen esta «máquina molecular» permitiría trastornar las funciones del sistema o aprovecharlo, según el microbiólogo español, para dirigir, por ejemplo, una droga a un lugar determinado del organismo.

En este sentido Martin Schmeing, profesor de bioquímica en la Universidad McGill (Canadá) y autor de un reciente estudio sobre bacterias publicado en biología química de la naturaleza, destaca la importancia del motor de energía bacteriano: “Las bacterias pueden almacenar recursos adicionales para tiempos de escasez. Es un poco como sostener una alcancía o llevar una batería de repuesto.” La enzima que fabrica estas baterías está diseñada para tratar el agua y crear nanovesículas sensibles al calor para su uso en la administración dirigida de medicamentos.

Por su parte, Blas Vinagre, Catedrático de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática de la Universidad de Extremadura, presentó a la Uned las oportunidades de crear robots nadadores del tipo flagelo bacteriano para sus aplicaciones en diferentes campos, desde la medicina (procedimientos diagnósticos y menos invasivos terapéutica) a la industria (actividades de inspección en infraestructuras y máquinas).

Se ha publicado en la revista el trabajo que desveló el mecanismo del flagelo bacteriano, dirigido por Fernando Govantes, científico del Área de Microbiología de la Universidad Pablo de Olavide Microbiología ambiental. El investigador explica que usaron el Pseudomonas putida«una bacteria», como dice, «de gran interés para las biotecnologías ambientales y la agricultura, ya que se asocia con las raíces de las plantas y favorece su crecimiento, protegiéndolas de posibles patógenos».

En esta bacteria las instrucciones para hacer los trozos del flagelo están agrupadas en el genoma, como si fueran un manual, según la UPO y el CSIC. El modelo que la comunidad científica ha asumido hasta ahora se basaba en que los genes flagelares se expresan por grupos bien definidos en tres o cuatro ondas secuenciales denominadas saltos en cascada. En primer lugar, se expresan proteínas que le dan la orden a la célula para comenzar a construir el flagelo. Estas proteínas son las responsables de la expresión del núcleo central de la máquina que se inserta en la pared celular. Posteriormente, otros dan la orden de construir el filamento que se extiende fuera de la bacteria.

Govantes detalla: “Sin embargo, con la estrategia que seguimos de integrar diferentes resultados analíticos, descubrimos en el Pseudomonas putida esa realidad es mucho más compleja: no sólo existen estos saltos en la cascada, sino que nos encontramos con un segundo nivel de regulación superpuesta: las proteínas que ordenan la construcción de las últimas piezas de la máquina ordenan también más piezas de las iniciales. Además, cuando se escriben las instrucciones para crear la cadena, las instrucciones se escriben al mismo tiempo que hacen que la célula reinicie la síntesis del flagelo.

Pulido-Sánchez especifica: “Las instrucciones se superponen; es decir, cuando escribimos las instrucciones para hacer los últimos componentes, las últimas piezas del flagelo, escribimos al mismo tiempo las instrucciones para hacer la proteína encargada de iniciar la síntesis”. La trascendencia de este último mecanismo, hasta ahora desconocido, será uno de los campos de investigación del grupo.

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